浅谈恩德炉工艺原料煤水分对有效气(CO+H2)成分的影响

邹大勇

(内蒙古通辽金煤化工有限公司 内蒙古通辽028011)

内蒙古通辽金煤化工有限公司(以下简称通辽金煤公司)2009年投产的200 kt/a乙二醇装置中,煤气化采用2台40 000 m3/h(标态)和1台20 000 m3/h(标态)恩德炉。在2年多的试生产阶段，恩德炉自投煤运行以来，生产稳定。现针对原料煤(褐煤)中水分含量对有效气(指CO+H2)成分的影响进行了分析和总结。

1 煤中水分对恩德炉气化反应的影响

煤中的水分包括外在水分、内在水分和结晶水，煤中水分含量的高低直接影响粉煤气化的效果，一般以煤的内在水分含量作为评定煤质的指标。煤中水分含量随煤变质程度的加深而减少，水分含量较高的煤，往往挥发分含量也高。有一定水分的煤在干馏阶段，煤半焦形成时的气孔率大，进入气化层能使反应速度加快，生成的煤气质量较好。由于气化炉的生产能力较大，煤在炉膛内的干燥层、干馏层的加热速度很快，容易使煤粉碎而引起出口煤气中含尘量增大，所以要求煤中含有一定的水分，但是煤中的水分过高又会给气化过程带来不良的影响。具体不良影响：①增加了干燥时所需的热量，从而增加了原料煤的消耗，降低了气化效率；②煤处于潮湿状态，易造成粉煤黏结而不易筛分，使入炉粉煤量增多，在贮煤槽中也易产生蓬煤现象，在北方寒冷地区，易黏结设备和冻成块状；③干燥不充分，干馏不能正常进行，使气化层温度降低，导致发生甲烷生成反应、有效气成分明显降低，不利于生产。

2 煤中水分对有效气成分的影响

理论上，煤中水分含量对气化反应影响很大，这样气化过程中原料煤中水分的高低，相当于气化剂中蒸汽投入的多少。一般气化过程中，原料煤入炉后，首先要消耗一部分热量将煤中的水分蒸发掉，对炉温的影响很大，在同等条件下(气化剂配比不变)会导致炉温有所降低。炉温下降会直接影响气化反应，不利于还原反应的发生，而且会使甲烷生成量增多，有效气成分大幅降低。煤中水分含量的高低对煤气中有效气成分的高低，尤其H2含量的高低，起着决定性作用。

煤中水分含量对有效气成分影响在2010年和2011年的实际生产中得到了证实。通辽金煤公司恩德炉装置自2009年9月运行以来，由于煤干燥系统运行一直不是太理想，所以原料煤水分含量波动范围比较大，在16%～32%(质量分数，下同)。为此，统计了2010—2011年有代表性的生产数据(表1)并进行了分析。

从表1中数据可看出，当其他工况几乎没有较大变化时，原料煤中水分的高低与有效气成分的高低是成反比的，说明水分对有效气成分的影响非常大，降低原料煤中水分有利于提高有效气成分。所以应增强煤干燥系统的干燥效果，尽量将原料煤中水分质量分数控制在20%以下，而且波动不可太大(因为波动大不利于恩德炉工况操作上的调节)，以利于气化生产，保证有效气成分稳定达标，真正达到节能降耗的目的。

表1 2010—2011年1#恩德炉有代表性的生产数据

3 解决措施

从分析和总结中可以看出，原料煤水分含量的高低以及波动，对有效气成分的影响是非常大的，应从根本上解决此问题。

3.1 控制原料煤中水分

通辽金煤公司使用含水量较高的褐煤，为了更好解决原料煤含水量过高影响有效气成分的问题，最有效方法就是降低原料煤水分含量。建议：应保证煤干燥系统连续稳定运行，均匀地向恩德炉供应干燥煤；煤干燥系统按照设计要求控制煤中水分含量，将原料煤中水分质量分数尽量控制在20%以下，波动不应太大，最好控制在13%～18%。这样，在其他工况条件不变的情况下，使有效气成分体积分数达到工艺指标，即基本能保证在70%以上，操作控制得好时，可达到73%～75%，达到节能降耗的目的。

3.2 操作调节

在原料煤水分含量较高的情况下，合理调节汽气比。如果原料煤水分含量较高且无法降低时，必须对恩德炉操作工况进行细调。根据实际情况(原料煤的水分含量)，合理调节汽气比、氧煤比，适当降低气化剂中蒸汽量，从而减少C+2H2O→CO2+2H2-Q反应的进行，控制CO2的生成量，进而提高CO的产量，来提高有效气的成分。操作人员应根据炉温和现场观察炉内喷嘴火焰的颜色，判断炉内的流化和反应状况，合理调节，优化生产，再通过对比煤气成分分析数据，经过多次调节后，总结经验，使其达到最佳效果的汽气配比。若原料煤水分波动较大，细调很难进行，炉温变化也会很大，这样操作人员必须精心操作，根据炉况变化及时调节汽气比、氧煤比。

4 结语

通辽金煤公司通过对恩德炉生产中的实际情况进行分析、研究和探索，有效控制了原料煤水分对有效气(CO+H2)成分的影响，原料煤(褐煤)水分质量分数控制在13%～18%时，有效气成分体积分数基本能达到最佳值(75.6%)。